Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzsignalgenerator.

Bei herkömmlichen Signalgeneratoren wird ein in seiner Frequenz veränderliches Referenzsignal einem

phasengeregelten Oszillator zugeführt. Dieser wird

hierdurch zur Oszillation mit einer einstellbaren Frequenz angeregt.

So zeigt die DE 41 05 566 AI einen Mischer, welcher einen Oszillator im GHz-Bereich auf eine saubere Frequenz synchronisiert. Dieser Mischer arbeitet mit einer

Vervielfacherdiode, welche aus der Referenzfrequenz einen kurzen Puls erzeugt, mit dessen Linienspektrum das Signal des Oszillators abgemischt wird. Nachteilhaft bei diesem Verfahren ist der schlechte Signal-zu-Rausch-Abstand, der mit dieser Anordnung erreicht werden kann. Da der

Samplingmischer auf allen Oberwellen des Referenzsignals umsetzt, wird auch sehr viel Rauschen in die

Zwischenfrequenz gemischt. Dies schränkt die

Empfindlichkeit ein. Weiterhin zeigt die US 2009/0309665 AI einen

Hochfrequenzgenerator, welcher eine umschaltbare

Phasenregelschleife beinhaltet. So wird das Ausgangssignal des Oszillators wahlweise einem Frequenzteiler oder einer Hintereinanderschaltung mehrerer Mischer zugeführt. Um den Oszillator auf eine Grobfrequenz einzustellen, wird das Signal des Frequenzteilers herangezogen. Um anschließend die Feineinstellung durchzuführen, wird auf das Signal der hintereinandergeschalteten Mischer umgeschaltet. Auch mit einem Signalgenerator nach diesem Konzept kann lediglich suboptimales Phasenrauschen erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Hochfrequenz-Signalgenerator zu schaffen, welcher bei geringem Phasenrauschen einen sehr guten

Nebenlinienabstand ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte

Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche .

Der erfindungsgemäße Oszillator verfügt vorzugsweise über zwei mittels Phasenregelschleifen geregelte Oszillatoren. Eine erste Phasenregelschleife erzeugt dabei eine

qualitativ hochwertige Referenzfrequenz, welche in kleinen diskreten Schritten über ca. 10% der Frequenz verstimmt werden kann. Durch den eingeschränkten Frequenzbereich lassen sich hierfür sehr gute spannungsgesteuerte

Oszillatoren konstruieren. Durch die bevorzugte Verwendung eines Frequenzteilers außerhalb der Phasenregelschleife bleibt das Phasenrauschen eines ursprünglichen

frequenzfesten Referenzsignals weitgehend erhalten. Die Vergleichsfrequenz liegt vorteilhafterweise bei > 10 MHz, sodass schnelle Frequenzwechsel möglich sind. Passive Verdopplerstufen mit anschließender Filterung werden bevorzugt eingesetzt, um einen extrem rauscharmen Betrieb zu realisieren. Durch die vorteilhaften Filter zwischen den Verdopplerstufen werden unerwünschte Oberwellen unterdrückt .

Um das Abmischen des spannungsgesteuerten Oszillators auf der Ausgangsfrequenz mit verschiedenen Oberwellen der Referenzfrequenz zu ermöglichen, werden in einer weiteren Schaltung in Kette geschaltete überbrückbare Mischer verwendet. Das Ausgangssignal des Oszillators kann je nach Stellung der Uberbrückungsschalter mit den verschiedenen Referenzsignalen abgemischt werden. Durch Verwendung des Spiegelsignals des ersten Mischers kann dieser

Frequenzbereich weiter erhöht werden. Die entstehende Zwischenfrequenz wird bevorzugt mit einem digitalen

Phasendetektor auf einen Bruchteil der Referenzfrequenz synchronisiert.

Durch die bevorzugte Verwendung des Referenzsignals als Eingangssignal für den Teiler wird erreicht, dass keine kreuzenden Mischprodukte in den Mischern entstehen. Die Mischprodukte liegen vorteilhafterweise auf einem Raster, welches der letzten Zwischenfrequenz geteilt durch die Auflösung des Teilers entspricht. Durch geeignete Wahl der Teilerfaktoren können diese Mischprodukte so gewählt werden, dass diese Mischprodukte durch das Schleifenfilter unterdrückt werden und somit keine Nebenlinien im

Synthesizer entstehen.

Um einen sehr schnellen Frequenzwechsel zu ermöglichen, wird vorteilhafterweise der Oszillator vorabgestimmt. Die Abstimmung beruht auf einer individuell gemessenen

Kennlinie des Oszillators.

Der erfindungsgemäße Hochfrequenzoszillator verfügt über einen Referenzfrequenzgenerator und einem

Hochfrequenzgenerator. Der Referenzfrequenzgenerator erzeugt eine variable Referenzfrequenz und führt sie dem Hochfrequenzgenerator zu. Der Hochfrequenzgenerator verfügt über eine Phasenregelschleife und erzeugt aus der variablen Referenzfrequenz ein Hochfrequenzsignal. Die Phasenregelschleife verfügt über zumindest einen ersten Mischer, einen zweiten Mischer und über mehrere Schalter. Der erste Mischer, der zweite Mischer und die Schalter sind in Serie geschaltet. Die Mischer sind mittels der Schalter einzeln selektiv in die Phasenregelschleife geschaltet. Es wird so eine Einstellbarkeit der

Ausgangsfrequenz bei sehr geringem Phasenrauschen

erreicht . Durch Tiefpassfilter nach jedem Mischer kann das

Phasenrauschen weiter verringert werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beispielhaft beschrieben. In der

Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine erste Teilansicht eines

Blockschaltbilds eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Oszillators, und

Fig. 2 eine zweite Teilansicht des

Blockschaltbilds des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Oszillators.

Zunächst wird anhand der Fig. 1 der Aufbau und die

Funktionsweise eines Referenzfrequenzgenerators erläutert. Anschließend wird anhand von Fig. 2 die Funktion eines Hochfrequenzgenerators gezeigt. Identische Elemente wurden in ähnlichen Abbildungen zum Teil nicht wiederholt

dargestellt und beschrieben.

In Fig. 1 und Fig. 2 ist in zwei verschiedenen Ansichten ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochfrequenzoszillators dargestellt. Ein

Referenzfrequenzgenerator 1 beinhaltet einen fraktionalen Frequenzteiler 11, einen Phasendetektor 12, ein

Schleifenfilter 13, einen spannungsgesteuerten Oszillator 14 und einen Mischer 10. Dem fraktionalen Frequenzteiler 11 wird ein frequenzstabiles Referenzsignal von z.B.

640MHz zugeführt. Der fraktionale Frequenzteiler 11 erzeugt ein Signal mit einer durch N _Fref geteilten Frequenz und führt es dem Phasendetektor 12 zu. Der Phasendetektor 12 vergleicht dieses Signal mit einem von dem Mischer 10 erzeugten Signal und gibt ein entsprechendes

Ausgangssignal an das Schleifenfilter 13 aus. Dieses filtert das Signal und überträgt es an den

spannungsgesteuerten Oszillator 14. Dieser erzeugt ein Ausgangssignal von beispielsweise 650MHz-700MHz und führt es erneut dem Mischer 10 zu. Dieser mischt dieses

Ausgangssignal mit dem frequenzstabilen Referenzsignal.

Bei einem Referenzsignal von beispielsweise 640 MHz ergibt sich ein Ausgangssignal des Mischers von 10MHz-60MHz. Die Frequenz des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators 14 wird somit durch Einstellung des

Teilungsfaktors N _Fref des fraktionalen Teilers 11

eingestellt .

Der Referenzfrequenzgenerator 1 verfügt weiterhin über mehrere Frequenzverdoppler 15, 16, 17, 18, welche die Frequenz eines angelegten Signals verdoppeln. Jedem

Frequenzverdoppler 15 - 18 ist ein Bandpassfilter 20 - 23 nachgeschaltet, welche lediglich jeweils die verdoppelte Frequenz passieren lassen und übrige Komponenten der

Signale herausfiltern. Am Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators 14 liegt somit ein Referenzfrequenzsignal von im Beispiel 650MHz-700MHz an. Am Ausgang des Bandpassfilters 20 liegt somit eine doppelte

Referenzfrequenz von 1,3-1,4 GHz an. Am Ausgang des

Bandpassfilters 21 liegt eine 4-fache Referenzfrequenz von 2,6-2,8 GHz an. Am Ausgang des Bandfilters 22 liegt eine 8-fache Referenzfrequenz von 5,2-5,6 GHz an. Am Ausgang des Bandpassfilters 23 liegt eine 16-fache

Referenzfrequenz von 10,4-11,2 GHz an.

Die 2-fache Referenzfrequenz von 1,3-1,4 GHz wird einem fraktionalen Frequenzteiler 30 des Hochfrequenzgenerators 2 zugeführt. Dieser teilt die Frequenz des Signals durch einen Teilungsfaktor von N _Fma i _n . Durch die niedrige

Zwischenfrequenz zur Synchronisation wird eine hohe

Qualität, d.h. ein sehr geringes Phasenrauschen erreicht. Durch ein Vervielfachen der Frequenz des Referenzsignals in kleinen Schritten und jeweils anschließender Filterung, wird ein sehr geringes Phasenrauschen der Referenzfrequenz erreicht . Das Ausgangssignal des fraktionalen Frequenzteilers 30 wird einem Phasendiskriminator 31 zugeführt, welcher es mit dem Signal einer Phasenregelschleife 60 vergleicht und ein entsprechendes Ausgangssignal an einen Schleifenfilter 32 weiterleitet. Dieser filtert das Signal und gibt es an einen spannungsgesteuerten oder stromgesteuerten

Oszillator 33, vorteilhafterweise einen Yttrium-Eisen- Granat (YIG) -Oszillator weiter. Das Signal des

Schleifenfilters 32 dient zur Feineinstellung der Frequenz des gesteuerten Oszillators 33.

Dem gesteuerten Oszillator 33 wird weiterhin von einer Grob-Steuereinrichtung 34 ein Signal zur Grobeinstellung seiner Ausgangsfrequenz zugeführt. Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 33 wird über einen Signalteiler 35 der Phasenregelschleife 60 zugeführt. Es durchläuft zunächst einen Mischer 36, von welchem es mit der 16-fachen Referenzfrequenz gemischt wird. Das Ausgangssignal des Mischers wird einem

Tiefpassfilter 41 zugeführt, welcher lediglich das untere Mischprodukt passieren lässt. Das Ausgangssignal wird einem Schalter 46 zugeführt, welcher es wahlweise einem weiteren Mischer 37 zuführt oder diesen Mischer 37

überbrückt. Wird das Signal dem Mischer 37 zugeführt, wird es mit der 8-fachen Referenzfrequenz von im Beispiel 5,2- 5, 6GHz gemischt. Mit dem Ausgang des Mischers 37 ist ein weiterer Schalter 47 verbunden, welcher zusammen mit dem Schalter 46 die Aufschaltung des Mischers 37 oder seine Überbrückung durchführt.

Das resultierende Signal wird einem weiteren

Bandpassfilter 42 zugeführt, welcher lediglich das untere Mischprodukt des Mischers 37 passieren lässt. Falls der Mischer 37 überbrückt wurde, spielt der Tiefpassfilter 42 für das anliegende Signal keine Rolle. Das Ausgangssignal wird erneut einer Kombination von zwei Schaltern 48, 49 zugeführt, welche wie auch die Schalter 46, 47 das Signal entweder einen weiteren Mischer 38 zuführen oder diesen überbrücken. Wird das Signal dem weiteren Mischer 38 zugeführt, so mischt dieser es mit der vierfachen

Referenzfrequenz von im Beispiel 2,6-2,8 GHz. Das

Ausgangssignal wird erneut einem Tiefpassfilter 43

zugeführt, welcher ebenfalls lediglich das untere

Mischprodukt passieren lässt. Auch hier spielt der Filter 43 keine Rolle, falls der Mischer 38 überbrückt wurde.

Weitere Schalter 50, 51, ein weiterer Mischer 39 und ein weiterer Tiefpassfilter 44 bilden eine weitere entsprechende Funktionseinheit. Der weitere Mischer 39 mischt mit der doppelten Referenzfrequenz von im Beispiel 1,3-1,4 GHz. Weitere Schalter 52, 53, ein weiterer Mischer 40 und ein weiterer Tiefpassfilter 45 bilden eine erneute

entsprechende Funktionseinheit. Der weitere Mischer 40 mischt mit der unveränderten Referenzfrequenz von im

Beispiel 650-700 MHz. Das resultierende Signal nach dem Tiefpassfilter 45 wird dem Phasendiskriminator 31

zugeführt .

Die Signale, mit welchen die Mischer 36 - 40 das Signal der Phasenregelschleife 60 mischen, werden dem

Referenzfrequenzgenerator 1 entnommen. Vorteilhafterweise kann auch der ersten Mischer 36 mit Schaltern versehen sein. In diesem Fall kann auch dieser Mischer überbrückt werden. Alternativ kann auch eine höhere oder geringere Anzahl von Mischern in der Phasenregelschleife eingesetzt werden. Je höher der Abstimmbereich des Oszillators sein soll, desto mehr Mischer werden eingesetzt.

Die Phasenregelschleife 60 beinhaltet somit die Mischer 36 - 40, die Bandpassfilter 41 - 45, die Schalter 46 - 53, den Phasendiskriminator 31 und den Schleifenfilter 32.

Im Folgenden wird erläutert, wie die Teilungsfaktoren N _Fref und N _Fmain der fraktionalen Teiler 11, 30, eingestellt werden, um eine gewünschte Ausgangsfrequenz des

Oszillators zu erreichen.

Ausgegangen wird von einer Ausgangsfrequenz des

Oszillators von beispielsweise 10000 MHz bis 18000 MHz. Zunächst wird der Parameter V, welcher dem Vielfachen der Referenzfrequenz f _ref , mit der abgemischt werden soll, entspricht, berechnet. Als Grundlage dienen die minimal einstellbare Referenzfrequenz von im Beispiel 650 MHz und eine für die Hauptschleife günstige Zwischenfrequenz von z.B. 55 MHz.

V = INT ( (f _osz + 55 MHz)/ 650 MHz)

Anschließend wird die Referenzfrequenz f _ref berechnet. Hierzu wird das zuvor bestimmte V herangezogen. Da V auf ganze Zahlen abgerundet wird, ergibt sich eine

Referenzfrequenz, welche etwas höher als 650 MHz liegt.

Nun wird der Wert des Teilers 11 des

Referenzfrequenzgenerators berechnet. Der Teilfaktor N _Fref des Referenzfrequenzgenerators 1 wird so gerundet, dass keine Nebenlinien innerhalb der Schleifenbandbreite auftreten.

N _Fref = 640 MHz / ABS[ (640 MHz - f _ref ) ] , mit runden auf 1/F mit

F = 8 für N < 20

F = 4 für 20 <= N < 40

F = 2 für 40 <= N < 80

F = 1 für 80 <= N

Durch das Runden auf verschiedene 1/F wird verhindert, dass die Modulation durch einen Nachkommaanteil niedriger als 8 MHz wird und damit von der Phasenregelschleife gedämpft werden kann. Anschließend wird die Zwischenfrequenz f _zf in der

Phasenregelschleife 60 des Hochfrequenzgenerators 2 berechnet. Durch das Runden des Teilers 30 bei der

Erzeugung der Referenzfrequenz f _ref ergibt sich eine Zwischenfrequenz F _zf , welche von dem Sollwert abweicht. f _{Z f} = V * 640 MHz * (1 - 1 / N _Fref ) - f _osz

Diese errechnete Zwischenfrequenz f _Zf wird nun auf einen einstellbaren Wert gerundet.

N _Fmain = 2 * 640 MHz * (1 - 1 / N _Fref ) / f _zf mit runden des Teilfaktors auf 1/F mit

F = 16 für N < 10

F = 8 für 10 <= N < 20

F = 4 für 20 <= N < 40

F = 2 für 40 <= N < 80

F = 1 für 80 <= N

Durch das Runden auf verschiedene 1/F wird verhindert, dass die Modulation durch den Nachkommaanteil niedriger als etwa 8 MHz wird. Die dadurch entstehenden Nebenlinien werden dadurch von Phasenregelschleife 60 des

Hochfrequenzgenerators 1 unterdrückt.

Abschließend wird die tatsächliche Frequenz f _osz des spannungsgesteuerten Oszillators 33 des

Hochfrequenzgenerators 2 berechnet. f _osz = V * 640 MHz * (1 - 1 / N _Fref ) - (2 * 640 MHz * (1 - 1/Npref ) / N _Fmain ) Der Restfehler, der durch das Runden der Teilfaktoren N _Fref , N _Fmain entsteht, ist kleiner als 1 MHz und kann toleriert werden. Durch den vorteilhaften Einsatz eines direkten digitalen Synthesizers in der Phasenregelschleife 60 des Hochfrequenz-Oszillators 2 anstelle des

fraktionalen Teilers 30 wäre eine beliebige

Frequenzauflösung möglich. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte

Ausführungsbeispiel beschränkt. Alle vorstehend

beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten

Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig vorteilhaft miteinander kombinierbar.